JP2004081501A

JP2004081501A - Balancing training device

Info

Publication number: JP2004081501A
Application number: JP2002246470A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Nagata; 永田　可彦; Osamu Fukuda; 福田　修
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: JP3899403B2; WO2004035147A1; AU2003261762A1; US20060229159A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dispense with a complicated link mechanism by allowing a user to ride on a plate and move the plate by turns of the body in body side directions. <P>SOLUTION: The balancing training device includes the plate (1) on which the user (4) rides, a motor (2) for driving the plate, a sensor (3) for measuring the turning angle of the plate and a measuring mechanism (force plate) 41 of torque exerted on the plate, a movement model analyzing part (5) for determining a target turning angle of the plate (1) from the torque and a motor control part (6) for controlling the motor in accordance with a predetermined movement model. Thus, the user can make a training on balance in a standing posture and a sitting posture. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人が乗る板を揺動させることによって平衡感覚を訓練するバランス訓練装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、能動的に動作するバランス訓練装置として、座位での使用を想定したもの（例えば、特公２０００−１０２５２３号公報参照）や、複雑なリンク機構を有するもの（特公２００１−２８６５７８号公報参照）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の能動的に動作するバランス訓練装置では座位での訓練しか行えず、体感バランスの調整に不可欠な脚部の訓練を行うことが困難であるという問題点があった。また揺動を制御する機構も複数のリンクを使用するなど複雑で、装置故障のリスクが大きいという問題点もあった。さらに、人の平衡感覚を司る３つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができないという問題もあった。
【０００４】
本発明は、脚部の訓練を可能にするため、立位での使用を前提にして、人を上に乗せて板の動作を体側方向の回転で実現し、かつ複雑なリンク機構を排除することを可能にすることを目的としている。さらに人の平衡感覚を司る３つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することを実現することを目的としている。
【０００５】
ここで、深部感覚とは、訓練をする人の体の一部が、他の部分に対してとる位置を知る感覚であり、自己受容性感覚に属する。皮膚の触圧受容器、筋紡錘、皮下組織のパシニ（Ｐａｃｉｎｉ）小体、神経の自由終末などの受容器によって行われる（出展：最新医学大辞典第２版）。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、人を上に乗せる板（１）と、該板を駆動するモータ（２）と、上記板の回転角度を測定するセンサ（３）と、上記板に加わるトルク測定機構と、上記トルクから板の目標回転角度を決定する運動モデル解析部（５）と、予め決定された運動モデルによってモータを制御するモータ制御部（６）とから成ることを特徴とする立位および座位状態におけるバランス訓練装置を提供する。
【０００７】
上記板（１）が、該板上面に平行な回転軸を中心にして回転することを特徴とする。
【０００８】
上記板（１）の上面が回転軸中心に一致する構成としてもよい。
【０００９】
上記板（１）の上面が回転軸中心から一定距離にある構成としてもよい。
【００１０】
上記トルク測定機構は、上記板（１）に加わる荷重を測定するセンサと荷重の中心位置を測定するセンサが一体となったフォースプレート（４１）を有する構成としてもよい。
【００１１】
上記トルク測定機構は、上記板（１）を駆動するモータ（２）の軸に、上記板（１）に加わるトルクを測定するセンサ（４２）が取り付けられて成る構成としてもよい。
【００１２】
上記板（１）の動作に仮想的な、ばね定数、粘性制動係数、慣性モーメントを持たせた運動モデル解析部（５）を有する構成としてもよい。
【００１３】
上記運動モデル解析部（５）によって算出された平衡角度に合わせて、人を上に乗せて板（１）を制御するモータ制御部（６）を有する構成としてもよい。ここで、平衡角度とは、人が加える力とモータの回転力が釣り合う角度である。
この回転力を増減することで釣り合う角度が変わることになる。
【００１４】
上記バランス装置は、人のバランス機能を司る３つの器官である三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練可能とできるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバランス訓練装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。図１は、バランス訓練装置の実施例１を説明する図である。このバランス訓練装置は、人を板の上に乗せて揺動し、立位および座位状態において能動的に動作することで、人のバランス機能を司る３つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができるようにするものである。
【００１６】
バランス訓練装置は、人（４）を上に乗せて板（１）と、この板（１）を駆動するモータ（２）と、板の回転角度を測定する回転角度センサ（３）と、板に加わるトルクを測定するトルク測定機構と、トルクから板の目標回転角度を決定する運動モデル解析部（５）と、予め決定された運動モデルによってモータを制御するモータ制御部（６）とから構成されている。トルク測定機構は、後述するが、フォースプレート（４１）で板（１）にかける左右の足の力を測定して算出するようにしてもよいし、モータ（２）の回転軸に市販の回転トルクセンサ（４２）を取り付けたものを利用してもよい。
【００１７】
板（１）の後縁部の幅方向中心に、クランプ（７）を挟持して取り付ける。そして、モータ（２）の回転軸を、その回転軸の中心が、板（１）の幅方向の中心にあり、しかも板（１）の上面と平行になるようにクランプ（７）の後面に適宜固定手段により固定する。
【００１８】
この場合、回転軸を、その回転軸の中心が板（１）の上面に一致するようにクランプ（７）の後面に固定する構成としてもよいし、その回転軸の中心を板（１）の上面から一定距離にあるようにクランプ（７）の後面に固定する構成としてもよい。このような構成とすることにより、板（１）は、人がその上に乗って動作することにより、回転軸を中心として揺動可能であり、しかもモータ（２）で板を能動的に傾動させることができる。モータ（２）は、外部から操作及び制御することができるように構成されている。
【００１９】
トルク測定機構は、前述のとおり、図１に示すようにフォースプレート（４１）を利用する構成と、図２に示すように市販の回転トルクセンサ（４２）を利用する構成がある。
【００２０】
図１において、フォースプレート（４１）を利用するトルク測定機構は、フォースプレート（４１）と演算処理装置（図示しない。）とから成る。板（１）の上面には回転軸の中心に左右対称の一定位置にフォースプレート（４１）が設けられている。このフォースプレート（４１）は、人が板（１）に乗って動作した際に、板（１）に加えられる荷重を測定するセンサと、荷重の中心位置を測定するセンサとが一体となったものである。
【００２１】
演算処理装置において、このフォースプレート（４１）の測定値（荷重の中心位置に付与された荷重）と回転軸の中心から一定の距離を乗じること（力×距離）によってトルクを算出することができる。
【００２２】
図２において、市販の回転トルクセンサを利用する構成は、モータ（２）の回転軸に、市販の回転トルクセンサ（３）を取り付けることにより、人の動作によって板に加えられる回転力（トルク）を測定可能な構成とする。
【００２３】
回転角度センサ（３）は、図１に示すように、板（１）の前縁部に、クランプ（７）を挟持して取り付け、このクランプ（７）に取り付けられており、板（１）が傾くとその回転角度を測定するように構成されている。
【００２４】
図３は、トルク測定機構、回転角度センサ、運動モデル解析部及びモータ制御部により、モータを制御する全体構成のブロック図を示す。図３において、トルク測定機構と回転角度センサ（３）は、それぞれの出力が運動モデル解析部（５）に入力され、運動モデル解析部（５）は、その出力がモータ制御部（６）に入力され、モータ制御部（６）は、その出力がモータ（２）に入力されるように、それぞれ接続されている。
【００２５】
図３に示す構成により、運動モデル解析部（５）は、図４に示した算出式（１）によって板（１）に加わった力によって変化させる板（１）の回転角度を決定し、モータ（２）を制御することができる。
【００２６】
（作用）
以上の構成から成る本発明に係るバランス訓練装置の作用を、以下に説明する。バランス訓練装置の板（１）に人が乗ると、人のバランス機能の不安定性から、板（１）が傾いて回転（揺動）が生じる。人はその回転による傾きを認知し補償しようと、どちらかの脚に力を加える。それによって、上記回転と反対方向への力が加わり、板が反対方向に回転を始め、一連の動作が行われることになる。
【００２７】
この際に、板（１）の回転特性に、図４に示すような仮想的な、ばね定数、粘性制動係数、慣性モーメントを持たせて、人の加えた力と現在の板（１）の回転角度を変動パラメータとしてモータを制御することで、バランス機能における能力の大小による訓練が可能となる。さらに、板（１）に特定の大きさの回転を外乱として与える、要するに外乱トルクを与えることで、外部からの刺激に対する応答のための訓練も可能となる。
【００２８】
具体的には、人は両足を板（１）に乗せ、体が体側方向にできるだけ傾かないようにバランスをとる。体側方向の板（１）の回転角度を角度センサ（３）で、板（１）の回転トルクを回転トルク測定機構で測定し、図３の運動モデル解析部に与える。回転トルクは、フォースプレート（４２）で、左右の足が板（１）に加える力を測定し、演算処理装置で図４の算出式（２）で回転トルクが算出され、図３の運動モデル解析部に与える。或いは、回転トルクセンサ４２で測定してその測定値を運動モデル解析部に与えるようにしてもよい。
【００２９】
運動モデル解析部は、図４に示した算出式（１）、（２）によって板（１）に加わった力によって変化させる板（１）の平衡角度（人が加える力とモータの回転力が釣り合う角度）を算出し、モータ２を回転させ、板を揺動させる事で、バランス訓練を行わせることができる。即ち、モータこの回転力を増減することで釣り合う角度が変えて、人はこの平衡角度となるようにバランスをとることで訓練をすることができる。
【００３０】
なお、図４の算出式（１）、（２）中、粘性制動係数、ばね定数は、平衡角度を決定する際に、計算機（運動モデル解析部）で仮想的に導入した値で、制御する際には既知の値である。また、外乱トルクは、平衡角度を決定する際に、制御部が与える量であり既知の値となる。従って、上述の通り、回転角度と回転トルクを測定すれば、平衡角度が算出できる。
【００３１】
また、訓練する際に、視覚情報を遮断する、頭部の回転を拘束する、脚部（足首、膝関節）を固定することで、人のバランス機能を司る３つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができる。
【００３２】
図５は、バランス能力の大小によって、粘性制動係数の変化によって、経時的に回転トルクと回転角度がどのように変化するかをシミュレーションした結果の図である。Ｄ０１５Ｅ８０とＤ０１５Ｅ９５は粘性制動係数が小さい場合で、バランス能力が小さい場合と大きい場合の変化であり、Ｄ１００Ｅ８０とＤ１００Ｅ９５は粘性制動係数が大きい場合で、バランス能力が小さい場合と大きい場合の変化である。なお、Ｄ０１５Ｅ８０、Ｄ０１５Ｅ９５、Ｄ１００Ｅ８０及びＤ１００Ｅ９５は、単なるデータ図面番号である。
【００３３】
この図５から、粘性制動係数が小さい場合は回転角度の変化が大きく、粘性制動係数が大きい場合は回転角度の変化は小さい。またバランス能力が大きい方が小さな回転トルクで回転角度を調整できることが分かる。
【００３４】
訓練時に視覚情報を遮断し、脚部・体幹の動きを拘束することで、三半規管の訓練が可能となる。
【００３５】
訓練時に頭部・体幹・脚部の動きを拘束し、板の回転角度に同期した外界の映像を視覚情報として与えることで、視覚のバランス訓練が可能となる。
【００３６】
訓練時に視覚情報を遮断し、頭部を拘束し、脚部の動きを拘束することで、体幹の筋肉による深部感覚のバランス訓練が可能となる。
【００３７】
訓練時に視覚情報を遮断し、頭部を拘束し、体幹の動きを拘束することで、脚部の関節・筋肉による深部感覚のバランス訓練が可能となる。
【００３８】
視覚情報の遮断には眼部を目隠しなどで覆うことで実現することができる。
【００３９】
頭部・体幹の拘束には脇を手摺りのような棒に乗せ、もたれかかることで実現することができる。
【００４０】
脚部の固定には、足首、膝関節が屈曲できないような補助具を脚に取り付け、板（１）に対して移動・回転しないようにすることで実現することができる。また座位をとることで実現することができる。
【００４１】
以上、実施例により本発明を説明したが、このような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術事項の範囲内でいろいろ実施例があることは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係るバランス訓練装置は以上の構成であるから、人を上に乗せて板の動作を体側方向の回転で実現し、かつ複雑なリンク機構を排除することを可能にする。そして、人の平衡感覚を司る３つの器官、三半規管、視覚、深部感覚を個別に訓練することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバランス訓練装置の実施例を説明する図である。
【図２】本発明に係るバランス訓練装置の実施例を説明する図であるが、回転トルクサンサを配置した例を示す。
【図３】本発明に係るバランス訓練装置の実施例の測定及びモータの制御のためのブロック図である。
【図４】本発明に係るバランス訓練装置の実施例の回転トルクの算出式及び運動解析モデルを説明する図ある。
【図５】本発明に係るバランス訓練装置の実施例について、粘性制動係数を変化させたシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
１　　（人が乗る）板
２　　モータ
３　　回転角度センサ
４　　人
５　　運動モデル解析部
６　　モータ制御部
７　　クランプ
４１　　フォースプレート
４２　　回転トルクセンサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a balance training apparatus for training a sense of balance by rocking a board on which a person rides.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a balance training device that operates actively, one that is assumed to be used in a sitting position (for example, see Japanese Patent Publication No. 2000-102523) and one that has a complicated link mechanism (see Japanese Patent Publication No. 2001-286578). )It has been known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional active exercise balance apparatus can only exercise in a sitting position, and has a problem that it is difficult to exercise a leg, which is indispensable for adjusting the bodily sensation balance. In addition, the mechanism for controlling the swing is complicated, such as using a plurality of links, and there is a problem that the risk of device failure is large. Further, there is a problem that it is impossible to individually train the three organs, the semicircular canal, the sight, and the deep sensation that control the sense of equilibrium.
[0004]
The present invention enables the training of the legs, assuming use in an upright position, realizes the movement of the board by turning the body sideways with a person on top, and eliminates a complicated link mechanism. It is intended to make it possible. Furthermore, it aims at realizing the individual training of three organs, the semicircular canal, the sight, and the deep sensation, which control the sense of equilibrium.
[0005]
Here, the deep sensation is a sensation that a part of the body of a trainee knows a position to be taken with respect to other parts, and belongs to an aceptive sensation. It is performed by receptors such as tactile receptors in the skin, muscle spindles, Pacini bodies in the subcutaneous tissue, and free terminals of nerves (Source: The latest medical dictionary 2nd edition).
[0006]
[Means to solve the problem]
In order to solve the above problems, the present invention provides a plate (1) on which a person is placed, a motor (2) for driving the plate, a sensor (3) for measuring a rotation angle of the plate, It is characterized by comprising a torque measuring mechanism to be added, a motion model analysis unit (5) for determining a target rotation angle of the plate from the torque, and a motor control unit (6) for controlling the motor with a predetermined motion model. A balance training device in a standing and sitting position.
[0007]
The plate (1) is characterized in that it rotates around a rotation axis parallel to the plate upper surface.
[0008]
The upper surface of the plate (1) may be configured to coincide with the center of the rotation axis.
[0009]
The upper surface of the plate (1) may be located at a fixed distance from the center of the rotation axis.
[0010]
The torque measuring mechanism may include a force plate (41) in which a sensor for measuring a load applied to the plate (1) and a sensor for measuring a center position of the load are integrated.
[0011]
The torque measuring mechanism may be configured such that a sensor (42) for measuring a torque applied to the plate (1) is attached to a shaft of a motor (2) for driving the plate (1).
[0012]
The operation of the plate (1) may have a motion model analysis unit (5) in which a virtual spring constant, a viscous damping coefficient, and an inertia moment are given to the operation of the plate (1).
[0013]
The motor control unit (6) that controls the board (1) by placing a person on it in accordance with the equilibrium angle calculated by the motion model analysis unit (5) may be provided. Here, the equilibrium angle is an angle at which the force applied by a person and the rotational force of the motor are balanced.
Increasing or decreasing this rotational force changes the balancing angle.
[0014]
The above-described balance device can individually train three semicircular canals, vision, and deep senses, which are three organs that control a person's balance function.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a balance training device according to the present invention will be described based on an example with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a first embodiment of the balance training apparatus. This balance training device swings a person on a board and actively operates in a standing position and a sitting position to individually separate three organs, a semicircular canal, a sight, and a deep sense, which control a person's balance function. Is to be able to train.
[0016]
The balance training device includes a plate (1) with a person (4) placed thereon, a motor (2) for driving the plate (1), a rotation angle sensor (3) for measuring a rotation angle of the plate, and a plate. A torque measurement mechanism for measuring the torque applied to the motor, a motion model analyzer (5) for determining a target rotation angle of the plate from the torque, and a motor controller (6) for controlling the motor with a predetermined motion model. Have been. As will be described later, the torque measuring mechanism may be configured to measure and calculate the force of the right and left feet applied to the plate (1) by the force plate (41), or to use a commercially available rotating shaft for the motor (2). A torque sensor (42) may be used.
[0017]
At the center in the width direction of the rear edge of the plate (1), the clamp (7) is clamped and attached. Then, the rotation axis of the motor (2) is placed on the rear surface of the clamp (7) such that the center of the rotation axis is at the center in the width direction of the plate (1) and parallel to the upper surface of the plate (1). Fix by appropriate fixing means.
[0018]
In this case, the rotating shaft may be fixed to the rear surface of the clamp (7) such that the center of the rotating shaft coincides with the upper surface of the plate (1), or the center of the rotating shaft may be fixed to the plate (1). It may be configured to be fixed to the rear surface of the clamp (7) so as to be at a certain distance from the upper surface. With this configuration, the plate (1) can swing about the rotation axis when a person rides on the plate, and the plate (1) is actively tilted by the motor (2). Can be done. The motor (2) is configured to be operated and controlled from outside.
[0019]
As described above, the torque measuring mechanism has a configuration using a force plate (41) as shown in FIG. 1 and a configuration using a commercially available rotational torque sensor (42) as shown in FIG.
[0020]
In FIG. 1, a torque measuring mechanism using a force plate (41) includes a force plate (41) and an arithmetic processing unit (not shown). A force plate (41) is provided on the upper surface of the plate (1) at a fixed position symmetrical with respect to the center of the rotation axis. The force plate (41) has a sensor for measuring a load applied to the plate (1) and a sensor for measuring a center position of the load when a person operates on the plate (1). Things.
[0021]
In the arithmetic processing device, the torque can be calculated by multiplying the measured value of the force plate (41) (the load applied to the center position of the load) by a certain distance from the center of the rotating shaft (force × distance). .
[0022]
In FIG. 2, the configuration using a commercially available rotary torque sensor is such that a commercially available rotary torque sensor (3) is attached to the rotating shaft of the motor (2), so that the rotational force (torque) applied to the plate by human motion Can be measured.
[0023]
As shown in FIG. 1, the rotation angle sensor (3) is attached to the front edge of the plate (1) by clamping a clamp (7), and is attached to the clamp (7). Is configured to measure its rotation angle when tilted.
[0024]
FIG. 3 is a block diagram of an overall configuration in which a motor is controlled by a torque measurement mechanism, a rotation angle sensor, a motion model analysis unit, and a motor control unit. In FIG. 3, the respective outputs of the torque measuring mechanism and the rotation angle sensor (3) are input to a motion model analysis unit (5), and the outputs of the motion model analysis unit (5) are transmitted to a motor control unit (6). The motor controller (6) is connected to the motor (2) so that its output is input to the motor (2).
[0025]
With the configuration shown in FIG. 3, the motion model analysis unit (5) determines the rotation angle of the plate (1) to be changed by the force applied to the plate (1) by the calculation formula (1) shown in FIG. (2) can be controlled.
[0026]
(Action)
The operation of the balance training apparatus according to the present invention having the above configuration will be described below. When a person rides on the board (1) of the balance training apparatus, the board (1) tilts and rotates (oscillates) due to the instability of the person's balance function. A person applies force to either leg to perceive and compensate for the tilt due to the rotation. As a result, a force in the opposite direction to the above rotation is applied, and the plate starts to rotate in the opposite direction, and a series of operations is performed.
[0027]
At this time, the rotation characteristics of the plate (1) are given a virtual spring constant, a viscous damping coefficient and a moment of inertia as shown in FIG. By controlling the motor using the rotation angle as a variation parameter, training based on the level of the ability in the balance function becomes possible. Furthermore, by giving a rotation of a specific magnitude as a disturbance to the plate (1), that is, by giving a disturbance torque, training for responding to an external stimulus becomes possible.
[0028]
Specifically, a person puts both feet on the board (1) and balances so that the body is not inclined as much as possible in the body side direction. The rotation angle of the plate (1) in the body-side direction is measured by an angle sensor (3), and the rotation torque of the plate (1) is measured by a rotation torque measurement mechanism, and given to the motion model analysis unit in FIG. The rotational torque is measured by the force plate (42) using the force applied by the right and left feet to the plate (1), and the rotational torque is calculated by the arithmetic processing unit using the calculation formula (2) in FIG. Give to the analysis unit. Alternatively, the torque may be measured by the rotation torque sensor 42 and the measured value may be provided to the motion model analysis unit.
[0029]
The motion model analysis unit calculates the equilibrium angle of the plate (1) changed by the force applied to the plate (1) according to the calculation formulas (1) and (2) shown in FIG. By calculating the balance angle), rotating the motor 2 and swinging the plate, balance training can be performed. That is, by increasing or decreasing the rotational force of the motor, the angle to be balanced is changed, and the person can exercise by balancing so as to have the balanced angle.
[0030]
In the calculation formulas (1) and (2) of FIG. 4, the viscous damping coefficient and the spring constant are controlled by values virtually introduced by a computer (motion model analysis unit) when determining the equilibrium angle. Sometimes it is a known value. Further, the disturbance torque is an amount given by the control unit when determining the equilibrium angle and has a known value. Therefore, as described above, if the rotation angle and the rotation torque are measured, the equilibrium angle can be calculated.
[0031]
When training, it blocks visual information, restrains the rotation of the head, and fixes the legs (ankles and knee joints) so that three organs that control the human balance function, semicircular canals, vision, and deep The senses can be individually trained.
[0032]
FIG. 5 is a diagram illustrating a simulation result of how the rotational torque and the rotational angle change over time due to the change in the viscous damping coefficient depending on the balance ability. D015E80 and D015E95 are changes when the viscous damping coefficient is small and the balance ability is small and large, and D100E80 and D100E95 are changes when the viscous damping coefficient is large and the balance ability is small and large. D015E80, D015E95, D100E80 and D100E95 are simply data drawing numbers.
[0033]
From FIG. 5, when the viscous damping coefficient is small, the change in the rotation angle is large, and when the viscous damping coefficient is large, the change in the rotation angle is small. It can also be seen that the larger the balance ability, the more the rotation angle can be adjusted with a small rotation torque.
[0034]
By blocking visual information during training and restricting the movement of the legs and trunk, training of the semicircular canal becomes possible.
[0035]
By restricting the movement of the head, trunk, and legs during training, and providing an external image synchronized with the rotation angle of the board as visual information, visual balance training can be performed.
[0036]
By blocking visual information during training, restraining the head, and restraining the movement of the legs, it is possible to perform deep sense balance training using trunk muscles.
[0037]
By blocking visual information during training, restraining the head, and restraining the movement of the trunk, balance training of deep senses by joints and muscles of the legs becomes possible.
[0038]
The blocking of visual information can be realized by covering the eye with a blindfold or the like.
[0039]
The head / trunk can be restrained by placing the side on a stick like a handrail and leaning on it.
[0040]
The fixing of the leg can be realized by attaching an auxiliary tool to the leg so that the ankle and the knee joint cannot be bent, so as not to move and rotate with respect to the plate (1). It can also be realized by taking a sitting position.
[0041]
As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments. However, it is needless to say that the present invention is not limited to such embodiments, and there are various embodiments within the scope of technical matters described in the claims.
[0042]
【The invention's effect】
Since the balance training device according to the present invention has the above-described configuration, it is possible to realize the operation of the board by rotating the body side direction by placing a person on the top, and to eliminate a complicated link mechanism. Then, it is possible to individually train the three organs, the semicircular canal, the vision, and the deep sensation, which control the sense of equilibrium.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating an embodiment of a balance training apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining an embodiment of the balance training apparatus according to the present invention, and shows an example in which a rotational torque sensor is arranged.
FIG. 3 is a block diagram for measurement and motor control of an embodiment of the balance training apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a calculation formula of a rotational torque and a motion analysis model of the embodiment of the balance training apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result in which the viscous damping coefficient is changed in the embodiment of the balance training apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 (People on board) 2 Motor 3 Rotation angle sensor 4 Person 5 Motion model analysis unit 6 Motor control unit 7 Clamp 41 Force plate 42 Rotation torque sensor

Claims

人を上に乗せる板（１）と、該板を駆動するモータ（２）と、上記板の回転角度を測定するセンサ（３）と、上記板に加わるトルク測定機構と、上記トルクから板の目標回転角度を決定する運動モデル解析部（５）と、予め設定された運動モデルによってモータを制御するモータ制御部（６）とから成ることを特徴とする立位および座位状態におけるバランス訓練装置。A plate (1) for placing a person thereon, a motor (2) for driving the plate, a sensor (3) for measuring the rotation angle of the plate, a torque measuring mechanism applied to the plate, A balance training apparatus in a standing and sitting position, comprising: a motion model analysis unit (5) for determining a target rotation angle; and a motor control unit (6) for controlling a motor by a preset motion model.

上記板（１）が、該板上面に平行な回転軸を中心にして回転することを特徴とする請求項１記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。2. The balance training device in the standing and sitting positions according to claim 1, wherein the plate (1) rotates about a rotation axis parallel to the upper surface of the plate.

上記板（１）の上面が回転軸中心に一致することを特徴とする請求項２記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。3. The balance training apparatus according to claim 2, wherein the upper surface of the plate (1) coincides with the center of the rotation axis.

上記板（１）の上面が回転軸中心から一定距離にあることを特徴とする請求項２記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。3. The balance training apparatus according to claim 2, wherein the upper surface of the plate is at a fixed distance from the center of the rotation axis.

上記トルク測定機構は、上記板（１）に加わる荷重を測定するセンサと荷重の中心位置を測定するセンサが一体となったフォースプレート（４１）を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。5. The torque measuring mechanism according to claim 1, wherein the torque measuring mechanism has a force plate (41) in which a sensor for measuring a load applied to the plate (1) and a sensor for measuring a center position of the load are integrated. The balance training device in the standing and sitting positions according to any one of the above.

上記トルク測定機構は、上記板（１）を駆動するモータ（２）の軸に、上記板（１）に加わるトルクを測定するセンサ（４２）が取り付けられて成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。2. The torque measuring mechanism according to claim 1, wherein a sensor (42) for measuring a torque applied to the plate (1) is attached to a shaft of a motor (2) for driving the plate (1). The balance training apparatus in a standing and sitting position according to any one of claims 4 to 4.

上記板（１）の動作に仮想的な、ばね定数、粘性制動係数、慣性モーメントを持たせた運動モデル解析部（５）を有することを特徴とする請求項５又は６記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。7. The standing and sitting position according to claim 5, wherein the plate (1) has a motion model analysis unit (5) that virtually has a spring constant, a viscous damping coefficient, and a moment of inertia. Balance training device in the state.

上記運動モデル解析部（５）によって算出された、人が加える力とモータの回転力が釣り合う角度である平衡角度に合わせて、人を上に乗せて板（１）を制御するモータ制御部（６）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の立位および座位状態におけるバランス訓練装置。A motor control unit (5) that controls the board (1) with a person on it according to the equilibrium angle calculated by the motion model analysis unit (5), which is the angle at which the force applied by the person and the rotational force of the motor balance. The balance training apparatus in the standing and sitting positions according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the training apparatus has (6).

上記バランス装置は、人のバランス機能を司る３つの器官である三半規管、視覚及び深部感覚を個別に訓練可能とするものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のバランス訓練装置。The balance training according to any one of claims 1 to 8, wherein the balance device is capable of individually training three semicircular canals, vision, and deep senses, which are three organs responsible for a person's balance function. apparatus.